操作系统期末考试—

操作系统引论

操作系统定义

是管理计算机硬件和软件资源的计算机程序，同时也是计算机系统的内核与基石

操作系统作用

OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口
OS作为计算机系统资源的管理者
OS实现了对计算机资源的抽象

分时系统的原理与特征

原理

人机交互
共享主机
一台主机上链接了多个配有显示器和键盘的终端并由此组成的系统，该系统允许多个用户同时通过自己的终端，以交互方式使用计算机，共享主机中的资源

特征

多路性
独立性
及时性
交互性

脱机I/O原理

事先将装有用户程序和数据的纸带装入纸带输入机，在一台外围机的控制下，把纸带上的数据输入到磁带上，当CPU需要这些程序和数据时，再从磁带上高速地调入内存。
当CPU需要输出时，可由CPU把数据直接从内存高速的输送到磁带上，然后在另一台外围机的控制下，再将磁带上的结果通过相应的输出设备输出。
由于程序和数据的输入输出都是在外围机的控制下完成的，或者说他们是在脱离主机的情况下进行的，故称脱机IO。
其优点是：减少CPU空闲时间，提高IO速度。

操作系统的基本特征

并发
共享
虚拟
异步

作业

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进程管理

程序顺序执行时的特征

顺序性
封闭性
可再现性

程序并发执行时的特征

间断性
失去封闭性
不可再现性

为什么引入进程

实现程序并发执行

进程定义

进程是程序的一次执行。

进程是一个程序及其数据在处理机上顺序执行时所发生的活动。

进程是程序在一个数据集合上运行的过程，它是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。

进程是进程实体的运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。

进程特征

动态性

进程描述执行的程序
是动态的
具有生命周期

并发性

引入进程就是为了保证程序并发执行

独立性

进程是OS资源分配和调度的一个独立单位
OS以进程为单位分配处理机、内存、I/O设备

异步性

指进程按各自独立的、不可预知的速度向前推进
“走走停停”
原因：共享资源，进程之间相互影响

进程的基本状态、相互转换原因及转换图（三态）

系统态（核心态）和用户态

系统态（内核态）：具有较高的特权，能执行一切指令，访问所有的寄存器和存储区。OS在内核态运行。
用户态：具有较低特权的执行状态，仅能执行规定的指令，访问指定的寄存器和存储区。应用程序在用户态运行。

具有挂起状态的进程状态、相互转换原因及其转换图（五态）

什么是挂起状态
挂起：暂停程序的执行，进程处于“静止” 状态

引入挂起状态的原因

终端用户请求。
父进程请求。
负荷调节需要。
操作系统需要。

具有创建终止状态的进程状态、相互转换原因及其转换图（七态）

什么是进程控制块？进程控制块的作用

为了便于系统描述和管理进程的运行，OS为每个进程定义了数据结构，即进程控制块。

作用

进程控制块是描述进程的数据结构。
进程与PCB是一一对应的
OS根据PCB控制和管理进程。

临界资源与临界区区别

临界区：进程中访问临界资源的那段代码
临界资源：一段时间内只允许一个进程访问的资源

同步机制应遵循的规则

空闲让进：（临界资源）空闲让（进程）进（入临界区）。
忙则等待：（临界资源）忙（进程）则等待（进入临界区）。
有限等待：（进程）等待有限（时间进入临界区）。
让权等待：（进程）让（处理器）权等待（进入临界区）。

记录型信号量的定义

记录型信号量是一种不存在“忙等”现象的进程同步机制。

信号量正负值的物理意义

S-> value初值表示系统中某类资源的数目。

当S->value >0时，其值表示系统中某类资源当前可用数目

当S->value <0时，其绝对值 | S->value | 表示在该信号量链表中已阻塞进程的数目。

如果S->value的初值为1，资源的数目为1，表示只允许一个进程访问临界资源，此时的信号量即互斥信号量。

wait 和 signal 操作

wait操作

每次wait操作表示进程请求一个单位的该类资源：
S->value = S->value -1；
当S->value＜0时，表示该类资源已分配完毕，因此进程应调用block原语，进行自我阻塞，放弃处理机，并插入到信号量链表S->list中。
因此记录型机制遵循了“让权等待”准则。

signal操作

对信号量的每次signal操作，表示执行进程释放一个单位资源，
S->value = S->value +1操作表示资源数目加1。
若加1后仍是S->value ≤0，则表示在该信号量链表中，仍有等待该资源的进程被阻塞，故还应调用wakeup原语，将S->list链表中的第一个等待进程唤醒。
被唤醒的进程由阻塞状态转变为就绪状态